第31卷第4期铁道机车车辆VO1．31NO。42011年8月RAIIWAYI0C()M()TIVE8LCARAug．2011奏地铁与轻轨劫露毽岱文章编号：1008—7842基于虚拟现实技术的列车网络实时控制可视化严翔，宋娟，王立德(北京交通大学电气工程学院，北京100044)摘要针对TCN列车控制网络，通过自主研发的MVB／USB网关，在解决了MVB网络数据捕获及解析等难题的基础上，上位机采用“生产者消费者模型”完成数据采集及处理，满足网络调试及人机交互对实时性的要求，最后综合应用网络通信技术、虚拟现实技术、三维图像技术、虚拟仪器技术，设计并实现了一套列车网络实时控制可视化的系统，以虚拟动画的形式实时响应来自列车网络的控制指令及状态信息。可用于试验教学、技术培训以及机车车辆的网络研发等。关键词TCN；虚拟现实；LabVIEW；可视化中图分类号：U284．482文献标志码：A列车控制网络集列车运行控制、状态监测、故障诊自MVB控制网络的数据流驱动，因此如何在线捕获断以及旅客信息服务于一体，以车载微机为核心，通过MVB网络上的实时数据并进行正确的解码上传，成为网络实现列车各个子系统之间的信息交换，最终达到对MVB网络协议分析及软件开发亟待解决的关键技术。车载设备及整列车的监视、控制和管理的目的，实现列此外，为了方便PC或普通笔记本电脑通过USB接口就车的智能化、网络化与信息化[，作为现代列车的关键可以轻松接入列车专用的MVB网络，提升设备接口的技术，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。而这种通用性，设计并研发MVB转USB的网关，不仅实现列车控制网络的研发调试以及最终成果展示缺乏一种MVB网络数据的实时捕获及解析，还能整合成USB数试验室环境下的测试及演示平台，本文正是着眼于此，据包进行上传，为上层软件的开发奠定基础。虚拟动画针对TCN网络，以北京地铁15号线车辆网络系统为对的实现是基于OpenGL三维图形库，利用Solidworks象，设计了一套基于虚拟现实技术的列车网络实时控制和3DSMax建立地铁虚拟场景、机车车辆模型，从而进可视化的演示平台，通过三维数字建模和动画模拟，实一步生成模拟帧动画，上位机交互软件使用LabVIEw现列车网络实时控制的可视化，全面展现现代列车从准开发语言实现北京地铁15号线的模拟交互运行，保证备上电起车牵引运行，直至制动停车的整个过程，逼真每条指令都有相对应的模拟动画处理，实现列车网络实地演示列车运行过程中相关电路、气路以及机械部件的时控制的可视化。系统网络拓扑图如图1所示。运动变化过程，实现实拍无法捕获的镜头，解析系统工2MVB／USB网关作原理，避免了购买大型设备的巨额资金投入和庞大的依照TCN标准，自主研发的MVB／USB网关主要场地占用，方便研究人员进行直观地网络调试，大大地负责多功能车辆总线MVB和PC机间的信息交换，提高了工作效率。MVB／USB网关通过协议分析解析出MVB网络数据1系统方案并封装成USB数据包，PC机通过USB接口与MVB／系统方案设计主要依托于现有基于TCN的列车网USB网关通信，获取USB数据包再还原出MVB网络络试验平台，该试验平台以动车组、城市轨道车辆列车指令及车辆状态信息，可视化软件根据这些MVB网络网络控制系统为研究对象，包括一个中央控制柜、两端指令及车辆状态信息，以三维动画的方式模拟演示整车司机室内的两个司机控制台、4个I／O控制柜、一个车运行状态发生变化的过程。MVB／USB网关的硬件设载变流器、一个牵引电机组以及其他多个子系统仿真模计框图如图2所示，主要由FPGA+USB—MCU构成。块等，可模拟仿真的4动两拖，6辆编组方式的车辆运其中的MVBIP核通过总线收发器与MVB总线相连，行。显然上层可视化软件的开发和运行离不开底层来同时又通过内部的Avalon总线与USB接口模块相连，严翔(1986～)男，浙江绍兴人，博士生(修回日期：2011—03—04)铁道机车车辆第31卷中央控Sling叠l⋯MVB／USB～叠颦M图1系统网络拓扑图图2MVB／USB网关的硬件设计框图实现将MVB总线上传输的数据解码给USB接口模块的用了多种建模工具，首先基于部件图纸的尺寸参数，使用功能，另外FPGA与USB控制器通过FIFO通信，USB工业建模软件Pro～E制作各个模块的三维模型，主要包控制器对数据进行整合编码后传递给上位机。USB控制括地铁站台场景，地铁隧道场景，列车整车(包括司机室器的软件设计采用不需要CPU参与的Slave-FIFo模式，司控场景，车底部的转向架、电路、气路、传动系统)等三其中使用批量传输BULK形式